9.transcrição.processamento.rna

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UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA 
BIO 158 — Biologia Celular e Molecular 
Lorran de Andrade Pereira 
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Roteiro 09: Transcrição e processamento de RNAs 
 
A partir da leitura e interpretação do capítulo 6 (329 a 366) de ALBERTS (2010) e do capítulo 6 de COOPER 
(2007), responda as questões propostas para estudo. 
 
A – Transcrição: capítulo 6 de ALBERTS (329 a 343) 
1. Discuta o fluxo da informação genética a partir do dogma central da biologia molecular. 
 As atividades celulares dependem da informação genética, que é expressa, mantida, replicada e, 
ocasionalmente, melhorada, através dos processos genéticos básicos (síntese de RNA e de proteínas, 
reparação do DNA, replicação do DNA e recombinação genética. Nestes processos, que produzem e 
mantêm as proteínas e ácidos nucleicos da célula, a informação contida em uma sequência linear de 
nucleotídeos é usada para especificar ou outra cadeia linear de nucleotídeos, seja ela DNA ou RNA, ou 
uma cadeia linear de aminoácidos (proteína), e assim, ocorre a implementação destas informações. 
 
2. Compare, estrutural e funcionalmente, o DNA com o RNA. 
 O RNA, assim como o DNA, é composto por uma sequência linear de nucleotídeos, mas apresenta 
duas pequenas diferenças. O esqueleto de açúcar-fosfato de RNA contém ribose em vez de desoxirribose. 
e a base timina é substituída por uracila, uma base bastante parecida e que também pareia com adenina. 
 O RNA retém toda informação da sequência de DNA da qual foi copiado, assim como as 
propriedades de pareamento de bases do DNA. Moléculas de RNA são sintetizadas pelo processo de 
transcrição de DNA, que é semelhante à replicação de DNA, em que uma das fitas de DNA serve como 
molde no qual as capacidades de pareamento de novos nucleotídeos são testadas. Quando um bom 
encaixe com o molde de DNA é obtido, um ribonucleotídeo é incorporado como uma unidade 
covalentemente ligada, Desta maneira, a cadeia de RNA em crescimento é alongada a um nucleotídeo por 
vez. 
 A transcição de DNA difere da replicação de DNA em vários aspectos. O RNA resultante, por 
exemplo, não permanece como fira ligada ao DNA. Logo após a região onde os ribonucleotídeos estão 
sendo adicionados, a hélice original de DNA está sendo refeira e liberando a cadeia de RNA. Portanto, 
moléculas de RNA são fitas simples, e são relativamente curtas se comparadas a moléculas de DNA. 
 
3. Analise a transcrição considerando seus principais eventos e características das RNA-polimerases. 
 O RNA é sintetizado a partir de uma cópia de DNA pelo processo de transcrição de DNA, que 
gera um RNAm, o qual carrega a informação para a síntese de proteínas, das moléculas de RNA 
transportador, ribossomal e de outras moléculas de RNA, que têm funções estruturais ou catalíticas. 
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Todas essas moléculas são sintetizadas por enzimas denominadas RNA polimerase, que fazem a cópia de 
RNA a partir de uma sequência de DNA. 
 A RNA polimerase bacteriana é uma enzima grande com múltiplas subunidades, associadas a 
várias subunidades protéicas adicionais que entram e saem do complexo polimerase-DNA, em vários 
estágios da transcrição. Moléculas de RNA polimerase livres colidem aleatoriamente com o cromossomo 
bacterianos, deslizando ao longo dele, mas prendendo-se fracamente à maioria do DNA. 
 Essa enzima se liga muito firmemente quando em contato com uma sequência de DNA específica, 
denominada de promotor. Após essa ligação, a enzima abre uma região específica na dupla hélice para 
expor nucleotídeos de um curto segmento de DNA em cada fita. Uma dessas atua como molde para o 
pareamento de bases complementares com os monômeros de ribonucleotídeos trifosfato disponíveis, dois 
dos quais são ligados pela polimerase para iniciar a cadeia de RNA. 
 A molécula de RNA polimerase se desloca pausadamente ao longo do DNA, desenrolando a 
hélice de DNA localizada imediatamente a sua frente, expondo assim, a nova região da fira molde para o 
pareamento de bases complementares. Desta forma, a cadeia de RNA crescente é entendida por um 
nucleotídeo de cada vez na direção 5' - 3'. O processo de alongamento da cadeia contina até a enzima 
encontrar uma segunda sequência especial no DNA, o sinal de parada (terminação), onde a polimerase 
para e libera as duas fitas do DNA molde e a recém sintetizada cadeia de RNA. A sequência da fita de 
DNA que não é usada como molde corresponde à sequência do RNA que é sintetizado. 
 
4. Identifique diferentes tipos de RNA, considerando suas funções. 
 RNA mensageiro - são RNAs transcritos do DNA e que direcionam a síntese de proteínas. 
 RNA transportador - é especifico à um dos 20 aminoácidos e os transportam ao ribossomo 
 RNA ribossomal - formam componentes de ribossomos 
 
5. Conceitue o promotor, e descreva sua estrutura em células procarióticas. 
 Contém o sítio de iniciação para a síntese de RNA, sinalizando quando essa síntese deve ser 
iniciada. Duas sequências curtas e espaçadas, localizadas aproximadamente nos nucleotídeos -35 e -10, 
especificam o promotor na maioria dos genes em procariotos. Ocorrem antes do início (+1), determinando 
onde a polimerase se liga. 
 
6. Analise a função do fator sigma na RNA-polimerase procariótica. 
 O fator sigma da polimerase em procariotos tem um papel específico na iniciação da transcrição: 
ela possibilita à enzima encontrar as sequências promotoras às quais a mesma se liga. Depois que em 
torno de oito nucleotídeos de uma molécula de RNA foram sintetizados, o fator sigma dissocia-se do 
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complexo enzimático, sendo substituída por inúmeros fatores de alongamento (importantes para o 
alongamento e a terminação da cadeia). 
 
7. Descreva o processo de transcrição em células procarióticas, considerando sequências e fatores 
protéicos envolvidos. 
 A iniciação se dá pela ligação inespecífica do RNA polimerase ao DNA, que desliza até se ligar a 
região promotora do gene, onde o fator sigma da enzima se liga à regiões -35 e -10, e a partir da região +1 
se inicia a síntese do RNA. Durante a alongação, nucleotídeos são adicionados, o fator sigma é liberado e 
a enzima se desloca ao longo do DNA. A RNA polimerase para quando sintetiza uma série de resíduos de 
uracila a parir de uma série complementar de resíduos de adenina na fita molde, desde que ela tenha 
acabado de sintetizar uma sequência nuleotídica de RNA capaz de parear internamente, rica em GC, que 
forma rapidamente uma alça que é crucia para parar a transcrição. A sequência de nucleotídeos pode 
varias expressivamente na região de pareamento interno. 
 
8. Identifique dois aspectos que refletem a complexidade da transcrição em células eucarióticas. 
 Apesar do mecanismo de transcrição do DNA ser similar em eucariotos e procariotos, a 
maquinaria é consideravelmente mais complexa nos primeiros, pois existem três tipo de RNA 
polimerases (I, II e III), cada um responsável pela transcrição de um diferente conjunto de genes. Uma 
outra diferença é que a enzima bacteriana por si só consegue se ligar a promotores e iniciar transcrição. 
As enzimas eucarióticas, por sua vez, necessitam da presença de proteínas de iniciação adicionais, que 
devem ligar-se ao promotor antes da RNA polimerase. 
 A RNA polimerase II transcreve os genes cujos RNAs serão traduzidos em proteínas. As outras 
duas polimerases sintetizam RNA que possuem funções estruturais ou catalíticas, principalmente como 
parte da maquinaria de síntese proteica. A RNA polimerase I produz grandes RNAs ribossomais e a 
polimerase III produz uma variedade de RNA estáveis, muitopequenos. 
 
9. Analise a iniciação da transcrição pela RNA pol. II, considerando a participação de fatores gerais de 
transcrição e de proteínas modificadoras de cromatina. 
 A RNA polimerase II é responsável pela síntese de todos os precursores de RNAm e, assim, 
determina quais proteínas uma célula produzirá. Porém, as RNAs polimerases de eucariotos não podem 
iniciar a transcrição por elas próprias. Elas necessitam de um conjunto de proteína chamadas fatores 
gerais de transcrição, que deve associar-se ao promotor antes da transcrição iniciar. 
 Os fatores gerais de transcrição têm que se associar a um complexo no DNA, na região do 
promotor, para recrutar a RNA polimerase a esse sítio. O processo de associação inicia-se com a ligação 
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de TFIID à sequência TATA, uma pequena sequência de DNA dupla-hélice, primariamente composta de 
nucleotídeos T e A. A sequência TATA é um componente encontrado em quase todos os promotores 
utilizados pela polimerase II e é tipicamente localizado 25 nucleotídeos distantes do sítio de início de 
transcrição. TFIID é composto por muitas subunidades; a responsável por reconhecer a sequência TATA 
é chamada de TBP. Uma vez que TFIID esteja ligado a este sítio do DNA, os outros fatores gerais de 
transcrição e a RNA polimerase II são adicionados. 
 Depois que a polimerase II foi capturada pelo promotor, ela deve ser liberada do complexo dos 
fatores de transcrição para iniciar o processo. Um passo chave no início da transcrição é realizado por 
RFIIH, uma subunidade que é uma proteinoquinase que fosforila a polimerase II. Para pelo menos alguns 
promotores, acredita-se que esta fosforilação é responsável pela liberação de polimeras, permitindo que a 
transcrição se inicie. 
 Os genomas de eucariotos estão empacotados na cromatina, estando transcricionalmente em 
silêncio. Isso pode ser revertido e os genes empacotados, ativados. Em formas menos compactadas de 
cromatina, o DNA ainda está empacotado em nucleossomos. Nucleossomos posicionados no sítio de 
início de transcrição bloqueiam a montagem de fatores gerais de transcrição ao gene promotor. 
Entretanto, a ligação de uma proteína ativadora de milhares de pares de nucleotídeos, distante de um 
promotor empacotado, em um nucleossomo, pode aparentemente deslocar um nucleossomo de um 
promotor e, portanto, permitir a associação dos fatores gerais de transcrição. O deslocamento poderia ser 
devido à atividade separada de uma proteína ativadora quanto uma consequência indireta do contato dela 
com os fatores gerais, de modo a facilitar a montagem deles no DNA. 
 
B – Processamento de mRNAs em eucariotos: capítulo 6 de ALBERTS (345 a 366) 
10. Descreva o processamento dos RNAs mensageiros em células eucarióticas. 
 As moléculas de RNA recém sintetizadas pela polimerase II no núcleo são conhecidas como 
transcritos primários; o conjunto destes transcritos foi originalmente chamado de RNA nuclear 
heterogêneo (hnRNA), devido a grande variação no tamanho dos seus componente, que contrasta como 
tamanho menor e mais uniforme das sequências de RNA realmente necessárias para codificar proteínas. 
Isso é devido à presença de longas sequências de íntrons. À medida que vão sendo sintetizados, esses 
transcritos são modificados covalentemente na suas extremidades, de maneira que os mesmos podem ser 
claramente distinguidos dos transcritos produzidos por outras RNA polimerases. Essas modificações 
serão utilizadas posteriormente no citoplasma, como sinais que indicam que esses transcritos devem ser 
traduzido em proteína. 
 A extremidade 5' do RNA é inicialmente modificada pela adição de um nucleotídeo G metilado, 
chamado de Cap (ou quepe). A adição do quepe ocorre quase que imediatamente, depois que 
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aproximadamente 30 nucleotídeos de RNA foram sintetizados. Esse Cap 5' terá um papel importante na 
iniciação da síntese de proteína. Parece proteger o transcrito de RNA nascente de degradação. 
 A extremidade 3' da maioria dos transcritos pela polimerase II não é definida pela terminação da 
transcrição. É definida por uma segunda modificação, na qual o transcrito nascente é clivado num sítio 
específico, e uma cauda de poli-A é adicionada à extremidade 3' cortada. O sinal para a clivagem é o 
surgimento, na cadeia de RNA, da sequência AAUAAA mais uma sequência downstram não tão bem 
definida. Junto ao Cap 5', a cauda poli-A forma o transcrito de RNA primário. 
 Acredita-se que a cauda poli-A tenha várias funções: auxilia na exportação do RNAm maduro do 
núcleo, afeta a estabilidade de pelo menos alguns RNAm no citoplas, e parece servir como um sinal de 
reconhecimento para o ribossomo, que é necessário para a tradução eficiente do RNAm. A combinação 
Cap 5' e cauda poli-A permite ao ribossomo determinar se um RNAm está intacto, antes de dispender 
energia e precursores para iniciar a sua tradução. 
 O transcrito primário de RNA é uma cópia fiel do gene, contendo tanto sequências de éxons como 
de íntrons. As sequências de íntrons são então removidas da região interna do transcrito de RNA, para 
produzir uma molécula de RNAm que codifica diretamente uma proteína. As sequências de RNA 
codificantes, presentes de cada lado de um íntron, são unidas entre si após a remoção do mesmo, num 
processo chamado de splicing de RNA. O splicing de RNA ocorre no núcleo da célula, fora do alcance 
dos ribossomos. O RNA é exportado para o citoplasma somente quando o processamento foi completado. 
Apesar das moléculas de hnRNA tornarem-se progressivamente mais curtas, elas permanecem com os 
seus Cap 5' e cauda de poli-A. 
 Um complexo de multicomponentes ribonucleoproteicos, chamado spliceossomo, é montado nas 
junções entre sequências de íntrons e éxons ou próximo delas, e são muito similares em todas as 
sequências de íntrons conhecida. As sequências flanqueadoras estão presentes no sítio de splice 5' (sítio 
doador) e sítio de splice 3' (sítio aceptor), em eucariotos superiores. Um sítio de splice 5' de um íntron 
qualquer pode, em princípio, ser unido ao sítio splice 3' de um outro íntron. 
 
11. Analise o significado biológico do splicing alternativo. 
 Frequentemente, uma célula pode processar de formas diferentes o mesmo transcrito primário e, 
deste modo, produzir diferentes cadeias polipeptídicas a partir do mesmo gene, pelo processo chamado de 
splicing alternativo. Uma proporção substancial de genes de eucariotos superiores produzem múltiplas 
proteínas desta maneira. 
 
12. Analise o processo de exportação de RNAs do núcleo para o citoplasma. 
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 Acredita-se que, uma vez concluída a síntese das moléculas de RNAm, elas sejam reconhecidas 
por proteínas receptoras do complexo do poro nuclear, pare serem ativamente transportada para o 
citoplasma. Esses poros contém um ou mais receptores que reconhecem moléculas de RNA destinadas ao 
citosol. Esse transporte ocorre através de poros grandes regulados em meio aquosos. Na maioria dos 
RNAm, sua exportação a do núcleo para o citolasma é controlado por um sinal, que é possibilitado pela 
modificação da extremidade 5' com a adição do Cap no RNA. Pré-RNAm não totalmente processados 
contêm essa estrutura Cap 5', mas estão ancoradas na maquinaria nuclear de transcrição e splicing, que 
libera o RNA apenas quando o processamento está completo. 
 Outros RNAs, RNA de transferência ou RNA ribossomal, que não possuem Cap 5', devem 
necessariamente ser montados com proteínas e, então, exportadascomo partes destes complexos. 
 
13. Caracterize o processamento de RNAs ribossomais em eucariotos. 
 O nucléolo é o sítio onde as moléculas de RNAr são processadas, a partir de um grande RNA 
precursor, e montadas em ribossomos pela ligação de proteínas ribossomais. Quantidades adequadas de 
RNAs ribossomais podem ser produzidas somente porque as células contêm multiplas cópias dos genes 
de RNAr. Esses são transcritos pela RNA polimerase I e cada um produz o mesmo transcrito primário de 
RNA. Em humanos, são produzidos transcritos conhecido como RNAs 45s, que é clivado antes de deixar 
o núcleo em partículas ribossômicas montadas, dando origem uma cópia de cada uma dos seguintes 
RNAr do ribossomo final: RNAr 28s, RNAr 18s e RNAr 5,8s. 
 Um outro conjunto é transcrito pela polimerase III. Assim, é codificado o RNAr 5s da subunidade 
ribossomal maior. 
 
14. Caracterize o nucléolo considerando sua estrutura e sua função. 
 Os RNAr são imediatamente compactadas com proteínas ribossomais para formar os ribossomos. 
A compactação ocorre no núcleo, numa estrutura grande e distinta, chamada de nucléolo. É grande e 
esferoidal, sendo a estrutura mais óbvia no núcleo de uma célula não-mitótica. Esse contém grandes alças 
de DNA que emanam de vários cromossomos, cada uma das quais contém um agrupamento de genes de 
RNAr. Cada um desses agrupamentos é conhecido como uma região organizadora nucleolar. 
 Ali, os genes de RNAr são transcrito pela polimerase I. O transcrito 45s é primeiramente 
compactado num grande complexo, que contém muitas proteínas diferentes, todas importadas do 
citoplasma, onde são sintetizadas. A maioria das 80 cadeias polipeptídicas diferentes que comporão o 
ribossomo, bem como o RNAr 5s, são incorporados nesse estágio.